一种电池制造技术

本发明专利技术涉及一种电池，包括：阳极结构，所述阳极结构包括阳极侧电化学活性组分和阳极侧液体电解质，所述阳极侧电化学活性组分包括以下物质的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；阴极结构，所述阴极结构包括阴极侧电化学活性组分、阴极侧液体电解质和阴极侧电子导电体；和隔膜，所述隔膜位于阳极结构和阴极结构之间，并将阳极侧液体电解质与阴极侧液体电解质分隔，所述隔膜是基本不透水的；隔膜与阴极侧液体电解质接触的表面的面积为Am

【技术实现步骤摘要】
一种电池
本专利技术属于电化学领域，具体涉及一种电池。
技术介绍
金属空气电池，是新一代电动汽车用动力电池的强有力的候选者。金属空气电池通常以活性金属作为阳极侧电化学活性组分，以空气中的氧气作为阴极侧电化学活性组分之一。由于氧气直接来源于空气而不需存储在电池内部，金属-空气电池因此具有较高的理论比容量。金属空气电池有可能实现1000Wh/kg以上的器件能量密度，该能量密度与汽油接近。金属空气电池的阳极侧电化学活性组分可以是碱金属、碱土金属或其它活性金属。在众多金属空气电池中，锂空气电池是当前研究的热点。金属锂具有较负的电极电位(-3.04Vvs.SHE)以及较小的密度(6.95g·mol-1)。当锂作为电池阳极极材料时，其具有约3.81Ahg-1的比容量，此时，锂空气电池的能量密度理论值有可能达3505Wh/kg。在此能量密度下，配备锂空气电池的电动汽车续航里程可以达到600公里以上。中国专利CN104701588A公开了一种锂空气电池，其特征在于，所述锂空气电池包括负极、多孔氧电极、以及夹在负极和多孔氧电极之间的固态电解质层，其中，负极材质包括锂、锂合金和/或含金属锂的复合物，多孔氧电极采用多孔导电载体、催化剂、离子导体材料、锂盐和/或粘接剂均匀混合后干燥得到，固态电解质层的材质包括锂镧锆氧基陶瓷、锂镧钛氧基陶瓷、磷酸钛铝锂基陶瓷和/或硅磷酸锂基陶瓷。该专利采用高达180-250℃的测试温度，在该温度下，固态电解质中的锂离子电导率接近1S/cm-1。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种电池，本专利技术的再一个目的是提供一种高功率的电池，本专利技术再一个目的是提供一种低成本的电池,本专利技术再一个目的是提供一种体积小的电池。专利技术人发现，一些电池中隔膜的离子透过率较低，该因素是限制电池功率性能的短板。专利技术人进一步发现，通过提高隔膜与阴极(和/或阳极)的面积之比，能够针对性地提高电池在单位时间的离子透过量，进而显著改善电池的性能，尤其是功率性能和倍率性能，同时不增加电池其它部分的成本或体积。专利技术人进一步发现，在空间有限的电池空间内，非平面的隔膜(例如曲面的隔膜)比平面的隔膜具有更大的表面积，单位时间的离子透过量更大。非平面的隔膜在改善的电池的性能的同时，还节约电池的体积和成本。本专利技术第一方面提供一种电池，包括：阳极结构，所述阳极结构包括阳极侧电化学活性组分和阳极侧液体电解质，所述阳极侧电化学活性组分包括以下物质的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；阴极结构，所述阴极结构包括阴极侧电化学活性组分、阴极侧液体电解质和阴极侧电子导电体，阴极侧液体电解质是含水的；和隔膜，所述隔膜位于阳极结构和阴极结构之间，并将阳极侧液体电解质与阴极侧液体电解质分隔，所述隔膜是基本不透水的；隔膜与阴极侧液体电解质接触的表面的面积为Am2，阴极侧电子导电体与阴极侧液体电解质接触的表面的面积为Bm2；A:B大于1，优选大于或等于2，再优选大于或等于3，再优选大于或等于4，再优选大于或等于5。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，隔膜与阳极侧液体电解质接触的表面的面积为Cm2，阳极侧电化学活性组分与阳极侧液体电解质接触的表面的面积为Dm2，C:D大于1，优选大于或等于2，再优选大于或等于3，再优选大于或等于4，再优选大于或等于5。上述技术方案中的隔膜面积相对于阳极侧电化学活性物质或阴极侧电子导电体的面积较大，从而利用较低的电池成本和较小的电池体积，有效提高了电池内部单位时间的离子透过量，实现了电池的功率性能和倍率性能的改善。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述阳极侧液体电解质位于阳极侧电化学活性组分与隔膜之间。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述阴极侧液体电解质位于阴极侧电子导电体与隔膜之间。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述阳极侧液体电解质是非水的。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述阳极侧电化学活性组分是电子导电的固体。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述阴极侧电化学活性组分包括水。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述阴极侧电化学活性组分包括水溶性的气态氧化剂、水溶性的液态氧化剂或水溶性的固态氧化剂，所述水溶性的气态氧化剂优选为O2、空气、SO2或NO2。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，隔膜与阳极侧液体电解质接触的表面或隔膜与阴极侧液体电解质接触的表面是非平面的。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，隔膜与阳极侧液体电解质接触的表面或隔膜与阴极侧液体电解质接触的表面包括曲面。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，隔膜与阳极侧液体电解质接触的表面或隔膜与阴极侧液体电解质接触的表面包括n次曲面的部分或全部，n为大于或等于2的整数。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述曲面为柱面、球面、椭球面、抛物面、双曲面或折线形曲面。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述曲面具有一个或多个凸棱和一个或多个凹槽，优选地，所述凸棱和凹槽并排延伸。该电池的隔膜具有较大的表面积和较高的结构强度。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述曲面的母线是折线或曲线。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述曲面的母线为折线，所述折线由多个波浪线线段首尾相接而成。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述曲面的母线为蛇形、波浪形、折线形、凹入的锥形或凹入的盆地形。非平面的隔膜，例如曲面的隔膜，在有限的空间内具有更大的表面积，进而在单位时间内具有更高的离子透过量，从而利用较低的电池成本和电池空间，实现电池功率性能和倍率性能的改善。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜的厚度为0.1mm以上，例如1～10mm，例如3～5mm。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜是离子导电的。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜是锂离子导体。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜的离子电导率大于或等于10-7S/cm，例如大于或等于10-5S/cm，例如大于或等于10-3S/cm。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜是固体隔膜，优选地，所述隔膜包括固体电解质；优选地，所述隔膜包括：选自钙钛矿型固体电解质、石榴石型固体电解质、LISICON型固体电解质、Thio-LISICON型固体电解质、NASICON型固体电解质、LiPON型固体电解质中的一种或多种。在一个实施方案中，隔膜与含水液体电解质化学相容。优选地，隔膜与含水液体电解质接触时，不会反应形成对电池运行有害的产物。在一个实施方案中，隔膜基本无间隙。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜包括固体电解质。在一个实施方案中，本专利技术任一项的电池，所述隔膜包括选自以下固体电解质中的一种或多种：钙钛矿(PEROVSKITE)型固体电解质，例如Li0.5-3xLa0.5+xTiO3；石榴石(GARNET)型固体电解质，例如Li7La3Zr2O12或Li5La3M2O12；LISICON型固体电解质，例如Li14Zn(GeO4)4；Thio-LISICON型固体电解质，例如Li4GeS4、Li2S-P2S5或Li3.25Ge0.25P0.75S4；NASICON型固体电解质，例如LiM2(PO4)3(M＝Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括：阳极结构(1)，所述阳极结构(1)包括阳极侧电化学活性组分(110)和阳极侧液体电解质(120)，所述阳极侧电化学活性组分(110)包括以下物质的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；阴极结构(2)，所述阴极结构(2)包括阴极侧电化学活性组分(210)、阴极侧液体电解质(220)和阴极侧电子导电体(230)，所述阴极侧液体电解质(220)是含水的；和隔膜(3)，所述隔膜(3)位于阳极结构(1)和阴极结构(2)之间，并将阳极侧液体电解质(120)与阴极侧液体电解质(220)分隔，所述隔膜(3)是基本不透水的；隔膜(3)与阴极侧液体电解质(220)接触的表面的面积为Am

【技术特征摘要】
1.一种电池，包括：阳极结构(1)，所述阳极结构(1)包括阳极侧电化学活性组分(110)和阳极侧液体电解质(120)，所述阳极侧电化学活性组分(110)包括以下物质的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；阴极结构(2)，所述阴极结构(2)包括阴极侧电化学活性组分(210)、阴极侧液体电解质(220)和阴极侧电子导电体(230)，所述阴极侧液体电解质(220)是含水的；和隔膜(3)，所述隔膜(3)位于阳极结构(1)和阴极结构(2)之间，并将阳极侧液体电解质(120)与阴极侧液体电解质(220)分隔，所述隔膜(3)是基本不透水的；隔膜(3)与阴极侧液体电解质(220)接触的表面的面积为Am2，阴极侧电子导电体(230)与阴极侧液体电解质(220)接触的表面的面积为Bm2；A:B大于1，优选大于或等于2，再优选大于或等于3，再优选大于或等于4，再优选大于或等于5。2.根据权利要求1所述的电池，隔膜(3)与阳极侧液体电解质(120)接触的表面的面积为Cm2，阳极侧电化学活性组分(110)与阳极侧液体电解质(120)接触的表面的面积为Dm2，C:D大于1，优选大于或等于2，再优选大于或等于3，再优选大于或等于4，再优选大于或等于5。3.根据权利要求1所述的电池，所述阳极侧液体电解质(120)位于阳极侧电化学活性组分(110)与隔膜(3)之间。4.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧液体电解质(220)位于阴极侧电子导电体(230)与隔膜(3)之间。5.根据权利要求1所述的电池，所述阳极侧液体电解质(120)是非水的。6.根据权利要求1所述的电池，所述阳极侧电化学活性组分(110)是电子导电的固体。7.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧电化学活性组分(210)包括水。8.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧电化学活性组分(210)包括水溶性的气态氧化剂、水溶性的液态氧化剂或水溶性的固态氧化剂，所述水溶性的气态氧化剂优选为O2、空气、SO2或NO2。9.根据权利要求1所述的电池，隔膜(3)与阳极侧液体电解质(120)接触的表面或隔膜(3)与阴极侧液体电解质(220)接触的表面是非平面的。10.根据权利要求1所述的电池，隔膜(3)与阳极侧液体电解质(120)接触的表面或隔膜(3)与阴极侧液体电解质(220)接触的表面包括曲面。11.根据权利要求10所述的电池，隔膜(3)与阳极侧液体电解质(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟宽，刘洪明，林炳辉，王文华，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44